东海大桥主要施工技术创新浅谈(上篇)

王启愚

东海大桥是我国第一座海上桥梁，大桥从上海市南汇区芦潮港起，向外海延伸约30公里，到达舟山群岛小洋山岛的上海国际航运中心洋山深水港。桥址区复杂多变的气象和水文条件，不仅每年有效施工天数只有50%左右，即使是有效的可施工期，其风、浪及潮流的频繁影响使施工环境仍然十分恶劣。桥梁设计为了尽可能减少在墩位上的施工工作量，大量采用了打入桩基础和大型预制拼装式的整体桥墩和梁部结构，但是在海洋环境中进行施工作业仍是不可避免。因此，施工单位必须解决好三个方面的课题：一是施工技术和方案需要创新；二是需要研究配置适应海洋环境和大型预制构件安装的成套设备；三是要研究制定海上施工的安全措施。东海大桥自开工以来现在海域部分已完成打入桩5000余根，占总数的90%以上，直径2.5米长度超100米的摩擦型钻孔桩200余根已全部完成，主桥二个主塔墩每个承台砼数量8000余立方米已一次灌注完成，重量300余吨的预制墩身及1600t和2000t的预制整孔箱梁已安装40余榀，全桥砼共灌注了50余万立方米。已完工程质量优良，总体施工安全情况较好，施工进度在我国建桥史上也属罕见。取得如此好的施工成果，重要原因是依靠技术创新，各施工单位对主要施工技术和施工方案发挥集团公司的技术优势组织攻关，解决了在海洋环境中桥梁施工的若干关键课题。本文就东海大桥施工技术创新的主要项目作一简介，以飨读者。同时也属抛砖引玉，希望参建单位通过施工实践共同

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来总结东海大桥的施工新技术，以促进我国海上桥梁的施工水平不断提高。

一、海上打桩施工定位测量技术

东海大桥的非通航孔桥墩基础设计为ф1500m钢管桩全桥共需打入5000余根，且绝大部分为多向斜桩。打桩船在海上沉桩，不仅需要解决水位变化条件下快速进行桩位平面坐标定位和斜桩的方向定位问题，还要同时解决在沉桩过程中动态跟踪监测桩顶标高。在茫茫大海上不可能像陆域那样布设点位众多的测量控制网。东海大桥首期施工测量控制网只设有五处，即芦潮港岸上和小洋山岛上各一处，在海上建造的三个测量平台上各设一处，点位间距离最长达9km，显然采用常规的测量方法及仪器是无法进行海上沉桩的定位测量，即使采用一般的GPS—RTK定位方法由于GPS接收机不能对桩身进行直接定位，也不能快速完成沉桩定位测量。中港集团为实现海上打桩快速定位和工期要求，利用先进的GPS—RTK技术，结合海上打桩工艺的具体情况研究了一套“海上GPS打桩定位系统”实现了海上打桩快速测量定位并达到了较高的精度，解决了海上打桩的关键技术问题。该系统在打桩船上安装了三台GPS仪器，不仅控制船体位置，并可对船体的姿态（纵、横摇倾量）进行监测以修正定位计算误差，在船体打桩架附近安装免棱镜激光测距仪测定桩身位置，并建立免棱镜激光测距仪与GPS天线间的固定联系，从而达到由GPS对桩位坐标直接测控的目的，其定位达到了厘米级的精度。该系统还通过前端摄像机观测桩身上的横向刻度线，经计算机与GPS接收机收到的数

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据进行处理给出桩顶标高值，实现了打桩过程中对桩顶标高实时、连续和动态监测。该系统还采用数字化和图象化技术，使船舶定位快捷简便，施工前可将一个墩的所有桩位坐标输入系统之内，在打桩船的操作室内通过显示器上显示的桩锤中心位置与设计位置之间的偏差调整船位准确定位。对已完成的1000余根桩的复测，90%以上的桩位精度很好，少数桩位偏差较大不是测量系统引起的，而是沉桩时由于较大风浪及潮流影响了打桩船的定位稳定性造成的。

二、导管架建造海上平台施工技术

主通航孔斜拉桥主塔墩，设计为钻孔桩基础，桩径ф2500mm，桩长110m，每墩38根桩，承台尺寸49.8×27.4×6m。墩位水深12m并随涨落潮而变化。钻孔桩及承台施工都需要在海上建造施工平台。水上施工平台常规的建造方法有二种：其一，先打桩再安装桩间平立面支撑形成空间稳定的受力结构，其上安装平台梁。这种建造方法支撑安装时需要按桩位实际尺寸进行支撑下料，支撑焊接工作非常困难，质量难以保证，使用期还会出现维修加固问题，且施工期较长，施工安全风险较大。同时桩间的平立面支撑只能设置在水面以上，平台横向刚度较差，按竖向施工荷载设计的桩数和桩径不能满足风浪潮等水平荷载作用下的变形及强度要求，必须加大桩径和桩数，致使建造平台的投资加大和工期加长。其二，将平台的平立面支撑预先在岸上焊制成空间桁架结构（围囹）在墩位先打一定数量的定位支承桩，将围囹海运至墩位吊装支承在定位桩上并焊连，形成临时平台，再插打其余平台支承桩并焊连最终构成空间

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稳定的平台结构。这种方法比第一种方法工期短，支撑结构质量易保证，但仍然存在平立面支撑只能设置在水面以上横向刚度差所引起的问题。同时海上先施打的定位桩桩位不易准确，将给围囹安装带来困难。承担主通航孔桥施工的上海建工集团公司对海上平台施工方法经多方案比较，借鉴海上石油平台建造经验结合桥梁施工具体要求，研究设计了导管架与浮箱结构相结合的施工方案，二个月时间内在海上建成了面积达5000平方米的施工平台。平台结构横向刚度大，抗风浪及潮流能力强，不仅平台建造工期短而且安全，为钻孔桩施工提供了足够的施工场地，并在其上设置了一座砼工厂和施工人员生活居住用房，为钻孔桩优质、安全施工和保证施工进度创造了很有利的条件。导管架建造海上施工平台的主要优点是桩间的平立面支撑可设置在海床至水面的范围之内，在相同的竖向及水平荷载作用下，满足相同的变形和强度条件，它的桩数较少桩径较小，横向刚度较大，抗风浪及潮流能力较强。平台钢结构均在工厂预先制造，不仅质量容易保证而且水上施工工序少而易于操作即安全也缩短了平台建造工期。此方法已在东海大桥其他标段流速大水更深的海域推广，用于建造施工栈桥也取得良好效果。其详细的施工方案在本刊2003年第一期中已有具体论述，本文不再赘述。

三、钢管桩基础承台施工砼套箱施工技术

东海大桥钢管桩基础共有大小承台600余个，且必须先于墩身及梁部结构完工。因此，研究制定在海洋环境下的承台施工技术方案，不仅是保证承台本身安全和质量的重要课题，也是确保全桥总工期的关键所

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在。水上高桩承台施工采用套箱围堰方案可以说是唯一合理的方案。但在海洋环境中套箱围堰施工是有很大难度的，关键技术是如何确保套箱安装过程、安装就位至到承台砼灌注期间套箱的稳定和强度。套箱的迎风及阻水面积较大，从安装开始它将受风、浪及潮流产生的巨大静动荷载，除了套箱本身的结构安全外，重点要解决如何尽快将空壳套箱与钢桩连成一体，发挥群桩作用确保套箱受到的外力可靠传递于各桩，并使钢桩本身的稳定和强度也是安全的。有两个因素使这项工作增加了难度，一是由套箱要承受的风、浪潮流产生的静动荷载较大，依靠少数钢桩传递水平力钢桩刚度不足，强度不够，需要几乎全部钢桩共同承力，如何使套箱与全部钢桩尽快形成整体受力结构。二是套箱安装时为保证支承反力基本均匀，套箱只支承在四根桩上，而钢桩绝大多数甚至全部为多向斜桩、桩顶竖向力在桩身中产生很大的弯应力使钢桩应力超限。因此，必须在套箱安装前或安装的同时就将各支承桩顶加设水平支撑以消除钢桩的弯应力。但套箱必须是有底的，故套箱安装前不能在桩间预先安装水平支撑，只能在套箱安装过程中当套箱重量作用于桩顶前或同时将各支承桩间及时加设水平支撑。解决上述两个方面的问题，是本桥套箱施工的关键。中港集团公司设计了砼套箱，砼套箱比钢套箱刚度大变形小，抗风浪能力较好，砼套箱不再拆除减少了工序。为解决上述关键问题，在砼套箱内设计了一套可拆式多功能平面钢构梁，该梁的功能是多用的，它是套箱起吊安装的扁担梁，是承台施工过程中将套箱及封底砼重量传递于钢桩的承重梁，又是套箱底板吊杆的承重梁，由于该钢构梁杆件布置考虑了与桩位的配合，因此它的重要作用是各桩顶间的支撑梁。利用

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平潮水流冲击力小的时段套箱就位时钢构梁的主梁底可以立即与桩顶焊接，在四根承重桩之间形成平面支撑体系，可消除竖向力在桩身产生力矩。此外，还可以较快的速度将全部钢桩与钢构梁之间进行连接，并在套箱底板与桩间安装封孔板及加强支撑，使套箱通过平面钢构梁和底板与全部钢桩形成了可靠受力体系，保证了在较大水平力作用于套箱时，通过钢构梁传递于所有的钢桩上发挥其群桩作用，较好的解决了上述两个关键技术问题，达到了保证结构安全和施工快捷的目的。目前用此方案已完成300余个承台施工，施工进度是很快的，解决了东海大桥施工进度中的主要控制环节。（待续）

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